专利名称：废纸浮选脱墨方法及其设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种废纸浮选脱墨方法及其设备。
由于当今世界环境日趋恶化，人们的环境意识也日益增强，为了节约能源，减少污染负荷，减少森林砍伐，废纸的回收利用已引起人们越来越大的重视，特别是废纸利用后带来的节省投资、降低成本等方面的好处更给废纸的回用创造了巨大的推动力。废纸回收再利用便成为全球造纸业努力推行的发展目标。现在，欧美发达国家对废纸不仅有严格的质量标准，而且对回收利用还制定了相应的法律、法规，甚至还给予一定的财政补贴。
废纸在我国造纸工业现有的条件下是很好的原料，因为废纸比起用木材造纸，更具有明显的综合效益，可提供造纸价廉的纤维资源，其成本远远低于原木造纸。更重要的是，废纸出纸比率高达1.25∶1。为加快我国选纸工业的发展，也必须扩大废纸回收利用。
废纸的回收利用对我国显得更为重要，因为我国的森林覆盖率很低，而我国纸品质量的提高又需要增加木浆比例。同时废纸利用后带来的节省投资，降低成本等方面的好处，给废纸的回用产生巨大的推动力。1990年全球废纸利用量和利用率分别达到8480万吨和35.6％，1995年则分别增加到1.15亿和41.4％。预计2005年的废纸利用量和利用率将达到1.88亿和48.1％。1997年我国废纸耗用率也达到37.8％，但还远远落后于欧洲一些发达国家水平，例如，1997年法国的废纸耗用率为48.9％，德国59％，荷兰71％，瑞士65.2％，英国71.5％。而我国每年流失的废纸量约有600万吨(相当于2400万米3木材所造的纸)，而我国人均森林拥有量匮乏，只有世界平均水平的10％，远不能提供足够的木材作造纸原料，每年还需从国外进口纸浆和纸品。因此，我国废纸利用的潜力还是很大的。
因此无论从经济的角度还是从生态环境的角度，浮选法废纸脱墨有很大的潜力，有很好的市场前景。
目前脱墨的方法主要有浮选法、洗涤法和两者的结合等。浮选法占世界废纸脱墨能力的80％左右，这是因为浮选可以高质量的脱除废纸油墨，纤维流失少，得率高，其适用的油墨粒度范围宽、种类多，且污染小，耗水量和需用动能较少，投资费用也较低。浮选技术在矿物加工工业中有着深入的研究和应用，无论是浮选设备研制、还是药剂制度和工艺流程方面，都有许多成熟的经验，可以借鉴。
本发明的另一个目的是提供一种设备紧凑、占地面积小、能耗低、效率高、费用低的废纸浮选脱墨方法所用的设备。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案这种废纸浮选脱墨方法包括下述步骤(1)取自碎浆机的废纸浆，经筛分脱水浓缩至8-12wt％；(2)在上述纸浆中加入硅酸钠和浮选剂，其中，按废纸干浆量加入4-8wt％的硅酸钠、0.5-1.2wt％的浮选剂，用氢氧化钠调pH值为9-12，进行搅拌、疏解；疏解的时间为5-30分钟；(3)疏解后的纸浆中加入浮选剂和水，浮选剂的含量为0.5-1.2wt％，通过浮选设备进行浮选脱墨，使油墨与纤维分离，得到可用于造纸的良浆。
在本发明的方法的上述步骤(3)的浮选过程中，纸浆的浓度＜1.2wt％，。
本发明所采用的浮选剂为油酸钠和氯化钙，其中油酸钠与氯化钙之比为1∶0.2～1.0。
本发明的废纸浮选脱墨方法所用的设备，包括有斜筛，该斜筛的出口通过管线与疏解器的进口相接，该疏解器的下部设有出口，并通过泵、管线与混浆的搅拌桶的进口相接，该搅拌桶的目的是使疏解后的纸浆搅拌均匀，以便于后续的浮选。其下部设有出口，并通过泵，管线与浮选设备的进浆口相接，经浮选得到的良浆经良浆出口排出，用于造纸。
在本发明的设备中，脱墨的浮选设备主要采用FX型浮选机(槽式浮选机)、ZCF型阶梯扩散式浮选机(类似于选矿上的射流式浮选机)、Lamort对流式浮选机和斯韦马克(swemac)立式圆柱浮选机。
在本发明的设备中，脱墨的浮选设备可采用以改进的微细粒选矿用浮选柱作为浮选设备，该浮选柱是立式圆柱浮选设备，但不同斯韦马克(swemac)浮选机。该浮选柱包括有柱形容体，在该柱形容体内的上部垂直设有进浆主管，该进浆主管并伸出柱形容体外，进浆主管的上端口为进浆口并接进气管，进浆主管的下端口与设在柱形容体中部内的反射锥面板的锥顶尖相对，在柱形容体的底部设有良浆出口，在柱形容体的上部侧面设有泡沫堰板，该泡沫堰板的外周设有泡沫槽。浆料通过泵从浮选柱中心垂直给入，经中部的反射锥面板的反射，在柱内形成稳定的浆料悬浮柱体。在给料的同时，空气同时从进浆主管的上端口进入，与浆料均匀混和产生气泡，气泡穿过悬浮体上浮。在流动过程中，油墨与空气接触并碰撞，而粘附气泡上，上升到液面形成料化泡沫层，在柱形容体的上部的泡沫堰板处泡沫溢出，良浆则从柱的底部的良浆出口排出。利用进浆阀门来调节纸浆流速和进气量，从而改变气泡的大小。据此来高效率的除去不同粒径的油墨。
在本发明方法中，用氢氧化钠调pH值为9-12。疏解时，pH值对脱墨有显著的影响，随着pH值的升高，白度和纤维得率均提高，但碱性太强，也使纸浆返黄，因此疏解时pH维持在9-12，尤以pH＝10-11为宜。氢氧化钠在疏解过程中主要作用是皂化，使油墨中的连接料皂化而脱离纤维，也使废纸中的填料、胶质物皂化，纤维润湿膨胀而疏解的更完全，从而有利于脱墨，提高白度，同时纤维的皂化增加其亲水性，也提高了纤维的得率。
在本发明方法中，废纸的纸浆中的硅酸钠的用量为4-8wt％。硅酸钠在脱墨过程中起分散作用，防止疏解出来的油墨粒子，重新附着于纸张的纤维表面，也使纤维润湿膨胀，防止纤维聚集成团，防止纤维与油墨的相互夹带，从而提高白度和纤维得率。考虑脱墨效果和药剂成本，硅酸钠用量以4-8wt％为宜。
在本发明方法中，浮选剂将影响纤维白度和得率，浮选剂在疏解和浮选中起着双重作用，疏解过程中，浮选剂与其它药剂共同对油墨乳化，分散和渗透，促使其从纤维上脱离；浮选过程中，剩余的浮选剂具有捕收和起泡的功能，降低油墨的表面张力，产生细小的气泡，粘附油墨上浮。随着捕收剂用量增加，白度提高，气泡变多变粘，夹带纤维增多，降低捕收剂的选择性，致使得率下降，综合考虑脱墨效果和生产成本，确定疏解时按废纸干浆量加入0.5-1.2wt％的浮选剂，浮选时浮选剂的含量控制为加0.5-1.2wt％。
在本发明方法的疏解步骤中，疏解时间可为5-30分钟。疏解时间低于5分钟影响白度的提高，时间长于30分钟，白度增加幅度不大，所以疏解时间为5-30分钟。
在本发明方法的浮选实施步骤中，选用了两种浮选设备(槽式浮选机和浮选柱)，其浮选的时间因不同的设备而不同。对于槽式浮选机，在浮选过程中，在2分钟内有大量墨粒上悬，此阶段纸浆白度提高幅度大，超过4分钟泡沫量减少，颜色变浅，不时有少量的带墨粒的纤维浮出，此阶段白度提高不大，但回收率下降。因此浮选时间以2-4分钟为宜。而浮选柱却大大缩小，只要0.5-2分种即可。
在本发明方法的浮选步骤中，废纸的纸浆的浓度为＜1.2wt。废纸的纸浆浓度减小，可以明显改善浮选效果，这是由于纸浆有特殊性质，浓度对纸浆的分散起着决定性的影响，当浓度较稀时，纸浆中的纤维能很好的分散，创造有利的浮选环境，纤维中墨粒的夹带减少，随着纸浆浓度的增加，浆料的分散性和流动性都变差，开始出现纤维聚团，有的纤维聚团随气泡上升，造成纤维流失；有的夹带油墨粒子，导致白度下降。但是，浓度太稀，指标提高的幅度不大，但大大降低单位干纸处理量。因此，浮选浓度以0.5-1.2wt％为最佳。
本发明就是根据我国国情，吸收国外的先进经验，从经济、环保和节水的角度入手，利用学科的交叉，借鉴矿物分选技术，特别是微细粒矿物浮选分离的经验，并将工艺、设备和药剂综合考虑，研究的浮选脱墨方法。
具体实施例方式
如
图1所示，本发明的废纸浮选脱墨方法所用的设备，包括有斜筛1，该斜筛1的出口通过管线与疏解器2的进口相接，该疏解器2的下部设有出口，并通过泵3、管线与带搅拌器的搅拌桶4的进口相接，该搅拌桶4的下部设有出口，并通过泵5，管线与浮选柱6的进浆口相接，该浮选柱6的良浆出口通过管线接振动筛7。
如图1、图2所示，将废纸的纸浆(简称为原浆)经斜筛1筛分脱水浓缩至8-12wt％，将浓缩后的原浆放入疏解器2中，并加入硅酸钠、浮选剂，其中，按废纸干浆量加入4-8wt％的硅酸钠、0.5-1.2wt％的浮选剂，并用氢氧化钠调pH值为9-12，进行搅拌，疏解。然后通过泵3输送到搅拌桶4，搅拌桶的目的是使疏解后的纸浆搅拌均匀，以便于后续的浮选。其下部设有出口，并通过泵5、管线与浮选柱6的进浆口相接，在搅拌桶4中进行搅拌后的纸浆通过泵5输送到浮选柱6中，并加入浮选剂和水，其中纸浆的浓度为＜1.2wt％，使浮选剂的含量为0.5-1.2wt％，通过浮选柱6进行浮选脱墨，脱出的墨随废水排放，脱墨后的纸浆输送到振动筛7中，同时加水进行洗涤。通过振动筛7分离出良浆即为本发明方法的最终产品，洗涤后的液体通过泵8再送入搅拌桶4中，循环使用。
如图3所示，在本发明的设备中，脱墨的浮选设备采用改进的微细粒选矿用浮选柱作为浮选设备，该浮选柱是立式圆柱浮选设备。该浮选柱包括有柱形容体，该柱形容体是由筒体39和锥体40组成，并用法兰38连接，在该柱形容体内的上部垂直设有进浆主管36，该进浆主管36并伸出柱形容体外，进浆主管36的上端口为进浆口并接进气管35，进浆主管36的下端口与设在柱形容体中部内的反射锥面板37的锥顶尖相对，在柱形容体的底部设有良浆出口，在柱形容体的上部侧面设有泡沫堰板44，该泡沫堰板44的外周设有泡沫槽45。搅拌桶4通过泵5、管线与进浆主管36的进浆口相接，并在管线上设有进浆阀门32。在柱形容体上设有药剂和水的加入口、及其盖(图未示)。在柱形容体的底部的良浆出口连接U形良浆排料管41，在该U形良浆排料管41再连接三通43的下端口，该三通43的上端口与大气相通，该三通43的另一端口接管线，使良浆排出，通过管线接振动筛7。该三通43的高度位置即为柱形容体内的浆液的液面的高度。该浮选柱工作时，浆液通过进浆主管36从浮选柱中心垂直给入，经中部的反射锥面板37的反射，在柱内形成悬浮柱体。在给料的同时，空气同时从进浆主管36的上端口进入，与浆料均匀混和产生气泡，气泡穿过悬浮体上浮。在流动过程中，油墨与空气接触并碰撞，而粘附气泡上，上升到液面形成料化泡沫层，在柱形容体的上部的泡沫堰板44处泡沫溢出，良浆则从柱的底部的良浆出口排出。利用进浆阀门32来调节纸浆流速和进气量，从而改变气泡的大小。据此来高效率的除去不同粒径的油墨。
采用本发明的方法，在浮选脱墨后，废纸纸浆白度可提高15-20度，纤维得率达到85-90wt％，可推广应用，使此技术产业化。
本发明的方法采用常规的浮选药剂，低毒副作用，油墨以含水低的泡沫产出，不易污染，且能做到废水大部分循环使用，尤其是浮选作业，节水，不污染环境，部分排放的废水也达到国家排放标准；所用的浮选设备易制造、易操作，浮选效率高，处理纸浆量大，占地面积小。本发明的方法投资省、成本低，提高了白度，增加废纸的附加值，因此有很好的经济效益。
本发明的方法使废纸再生利用不仅充分利用二次纤维资源，节约原材料和能源，减少污染，保护森林资源和生态环境，是一项有益的措施，符合我国可持续发展战略的要求；而且提高再生纸品的质量，增加经济效益，减少纸的进口，极大地有利于国民经济的发展。
以下用实施例对本发明方法作进一步的说明，将有助于对本发明及其优点作进一步的了解，本发明的保护范围不受这些实施例的限制，本发明的范围由权利要求来决定。
实施例1原浆为成分复杂的旧档案杂纸，经过水力碎浆纸和盘磨机捣碎，使其叩解度达到30--35°SR，纸浆白度为38％，浓度为2.5％。用80目的筛子将废纸浆浓缩至8～12wt％，加入氢氧化钠使pH＝9-12，按废纸干浆量加入硅酸钠4～8wt％、浮选剂0.5～1.5wt％，疏解5～30分；再将疏解的纸浆以水稀释至0.8～1.2wt％，浮选剂的含量为0.5-1.2wt％，在槽式浮选机中脱墨，浮选时间为2～4分，含墨泡沫除去，槽中产物为良浆，结果列于表1中。
实施例2其操作方法和设备基本同实施例1，唯不同的是所用的原料是办公室废纸，得到的结果也列于表1中。
实施例3其原料和操作方法基本同实施例1，唯不同的是所用的设备是改装后的矿用浮选柱即本发明的浮选柱，由于浮选柱产生的细小泡沫多，泡沫层厚，使浮选效果变好，药剂用量可减少，主要是其设备紧凑，占地面积小，不用搅拌装置，大大降低能耗。浮选柱效率高，一个浮选柱可代替多个槽式浮选机，不需要多级浮选，纤维得率高，浮选浓度也可比槽式浮选机高，降低浮选费用。与传统的浮选机比较，具有动力消耗低，占地小，可进行封闭生产，环境卫生好，进气系统不堵塞，圆筒形无滞浆区。浮选柱脱墨的指标也优于槽式浮选机(见表1)实施例4其操作方法和设备基本同实施例3，唯不同的是所用的原料是办公室废纸，得到的结果也列于表1中。
表1 实施例结果
综上所述，本发明的废纸浮选脱墨方法可以显著提高废纸的纸浆白度、及纤维得率。
权利要求
1.一种废纸浮选脱墨方法，其特征在于该方法包括下述步骤(1)取自碎浆机的废纸浆，经筛分脱水浓缩至8-12wt％；(2)在上述纸浆中加入硅酸钠和浮选剂，其中，按废纸干浆量加入4-8wt％的硅酸钠、0.5-1.2wt％的浮选剂，用氢氧化钠调pH值为9-12，进行搅拌、疏解；疏解的时间为5-30分钟；(3)疏解后的纸浆中加入浮选剂和水，浮选剂的含量为0.5-1.2wt％，通过浮选设备进行浮选脱墨，使油墨与纤维分离，得到可用于造纸的良浆。
2.根据权利要求1所述的废纸浮选脱墨方法，其特征在于在上述步骤(3)的浮选过程中，纸浆的浓度＜1.2wt％。
3.一种权利要求1或2所述的废纸浮选脱墨方法所用的设备，其特征在于该设备包括有斜筛，该斜筛的出口通过管线与疏解器的进口相接，该疏解器的下部设有出口，并通过泵、管线与混浆的搅拌桶的进口相接，该搅拌桶的下部设有出口，并通过泵，管线与浮选设备的进浆口相接。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于所述浮选设备为浮选柱，该浮选柱包括有柱形容体，在该柱形容体内的上部垂直设有进浆主管，该进浆主管并伸出柱形容体外，进浆主管的上端口为进浆口并接进气管，进浆主管的下端口与设在柱形容体中部内的反射锥面板的锥顶尖相对，在柱形容体的底部设有良浆出口，在柱形容体的上部侧面设有泡沫堰板，该泡沫堰板的外周设有泡沫槽。
全文摘要
一种废纸浮选脱墨方法及其设备。该方法包括(1)废纸浆经筛分脱水浓缩至8－12wt％；(2)按废纸干浆量加入4－8wt％的硅酸钠、0.5－1.2wt％的浮选剂，用氢氧化钠调pH值为9－12，进行疏解；(3)加入浮选剂和水，浮选剂的含量为0.5－1.0wt％。该设备包括有斜筛、疏解器、搅拌桶、浮选设备、振动筛。浮选设备采用浮选柱，其是在柱形容体内的上部垂直设有进浆主管，并接进气管，进浆主管的下端口与反射锥面板相对。浆料经反射锥面板的反射，形成稳定的浆料悬浮柱体，空气同时进入，与浆料均匀混和产生气泡，气泡穿过悬浮体上浮。通过浮选设备进行浮选脱墨，使油墨与纤维分离，得到可用于造纸的良浆。本发明的方法显著提高废纸的纸浆白度及纤维得率。
文档编号B03D1/02GK1465808SQ0212352
公开日2004年1月7日 申请日期2002年7月1日 优先权日2002年7月1日
发明者郑其, 高洪山, 杨奉兰, 阮仁满, 郑 其 申请人:北京有色金属研究总院